Brazare

Brazare metal este o metodă de îmbinare permanentă care stabilește o legătură metalică între părțile combinate. Spre deosebire de sudură , nu există fuziune a marginilor asamblate. În funcție de situație, se poate utiliza sau nu un material de umplutură  (de) . Mecanismul de lipire este difuzia / migrarea atomică pe ambele părți ale interfeței solid / solid în cazul lipirii fără metal de umplere și a interfeței solid / lichid / solid când se utilizează un aport de metal d, proces obținut prin caloric și / sau acțiune mecanică.

Brazarea este utilizată pe scară largă ca tehnică de asamblare în industriile de înaltă tehnologie precum aerospațială, aeronautică, auto, precum și pentru proiectarea de piese mici, goale, cu profile complicate și metal nobil (micro-mecanică de precizie, proteze, senzori etc.).

În ceea ce privește tehnicile de lipire folosind căldura, distingem:

• lipire moale care utilizează temperaturi sub 450  ° C  ; termenul tehnic englezesc corespunzător este lipire (uneori tradus incorect prin „  sudare  ”);
• lipire tare sau cutie ( lipire ), inclusiv lipire ( prin sudura ), care implementează temperaturi de peste 450  ° C . De exemplu, lipitele eutectice de argint-cupru, titan-nichel sau chiar titan-cupru-nichel pot avea temperaturi de topire între 600  ° C și 900  ° C , cele mai ieftine lipituri de cupru și alamă au o temperatură de topire între 700  ° C și 1180  ° C .

Istoria brazării

Cățelușa RAM - un pandantiv de aur găsite în excavațiile Susa (Iran) și datată la 3300-3100 î.Hr.. AD - este prima dovadă cunoscută a unei tehnici de lipire.

Brazarea era folosită în mod obișnuit în epoca fierului , cu mult înainte de sudare. Fierarii făceau ansambluri permanente prin combinarea efectelor căldurii cu efectele mecanice. Această tehnică, utilizată și astăzi, constă în încălzirea cu lipire albă a două bucăți de fier („oțel”), pentru a le juxtapune apoi pentru a ciocani acest ansamblu până când piesele sunt unite în mod permanent. Aceasta este cea mai veche formă de lipire și este într-adevăr lipire, deoarece marginile pieselor nu și-au atins punctul de topire  ; cu toate acestea, în literatură este denumit uneori un proces de „sudare în stare solidă”.

Proces

Brazarea este asamblarea a două materiale:

• fie folosind un metal de umplutură având o temperatură de topire mai mică decât cea a metalelor de asamblat și umectând, prin capilaritate, suprafețele de asamblat și implementând un mecanism de difuzie atomică;
• sau prin contactul celor două suprafețe reglate corect urmate de încălzirea ansamblului astfel pregătit pentru a permite migrația atomilor de pe ambele părți ale planului de contact. Această operație se numește brazare prin difuzie.

Brazarea este operațiunea, brazarea este rezultatul. Rezultatul este în general un ansamblu „eterogen”, cu toate acestea, în cazul lipirii prin difuzie a materialelor de aceeași nuanță, interfața nu mai poate fi detectată la examinarea macroscopică.

Încălzirea zonei de brazat se poate face, în funcție de modul de operare utilizat, cu diferite mijloace precum:

• de lipire  ;
• aparat de sudură  ;
• aer cald;
• flacără ( suflantă ), este vorba atunci de lipire;
• cuptorul (aer, sub atmosferă controlată, sub vid), de exemplu în cazul lipirii prin difuzie;
• arcului electric  ;
• inducție electromagnetică;
• laserul .

Tehnicile de brazare sunt utilizate pe scară largă în următoarele industrii:

• automobile (piese de motor, rachete, carburatoarele, pompe de injecție, foi de metal);
• aeronautică și aerospațială (lipire în vid a aliajelor metalice exotice si foarte stresati);
• instrumente de precizie (fabricarea de piese pentru instrumente de măsurare, regulatoare, senzori);
• la componentele electronice (componente de pe plăcile cu circuite imprimate , dar , de asemenea , în producția de componentă activă / semiconductor);
• fabricarea diferitelor proteze medicale (implanturi dentare, articulații, supape);
• tubulatura ( sanitare sanitare, linia de instrumentație);
• articole din alamă (cupru și / sau alamă);
• a instrumentelor muzicale , în special instrumentele de suflat (trompete, trombon, flaute, clarinete, saxofoane,  etc. );
• aur și argintărie (obiecte de cult, lumini, opere de artă) și bijuterii (inele, brățări, coliere); lipirea cu tablă și argint.

Metalul de umplutură poate fi un aliaj de staniu , cupru , argint , aluminiu , titan , nichel sau alte aliaje de metale prețioase .

Utilizarea fluxurilor solide, păstoase, lichide sau gazoase este adesea recomandată în procedurile de lipire pentru a mura (curăța) și a oferi umectabilitatea dorită suprafețelor care trebuie unite și să acționeze asupra tensiunii superficiale a metalului de umplutură topit.

Aspecte fizico-chimice ale lipirii

Pentru ca două materiale să poată fi lipite, este necesar să cunoaștem și să acționăm asupra a trei proprietăți fizico-chimice:

• capilaritate;
• udare;
• difuzie.

Capilaritate

Dicționarul definește capilaritatea ca un termen în fizică referitor la toate fenomenele care apar în contactul lichidelor cu solide care prezintă spații sau capilare foarte înguste (fig. 1).

Capilaritatea poate fi văzută ca o varietate de aderență sau ca o forță care produce fenomene capilare. Efectele sale pot fi observate atunci când blotters aspiră cerneala sau când bureții absorb apa și, în cazul lipirii, când un metal topit se ridică între cele două suprafețe pentru a fi unite atunci când sunt distanțate de un set.

Legea lui Jurin dă înălțimea la care crește un lichid într-un tub capilar .

Această lege este exprimată prin:

h=2γcos⁡(θ)r.ρ.g{\ displaystyle \ qquad h = {\ frac {2 \ gamma \ cos (\ theta)} {r. \ rho .g}}}

sau

• h este înălțimea lichidului,
• γ este tensiunea superficială a lichidului (este forța motrice a fenomenului de capilaritate),
• θ este unghiul de legătură între lichid și peretele tubului (vezi fig. 3),
• ρ este densitatea lichidului,
• r este raza tubului,
• g este constanta de accelerație gravitațională.

Condițiile de valabilitate sunt următoarele: diametrul tubului trebuie să fie mic în comparație cu lungimea capilară , care este de obicei egală cu doi milimetri pentru apa la temperatura și presiunea ambiantă. Dacă tubul este ținut oblic, legea lui Jurin dă înălțimea verticală și nu înălțimea măsurată de-a lungul tubului.

Capilaritatea este implicată în determinarea jocului care trebuie lăsat între părțile imbricate (sau suprapuse) pentru a permite metalului de umplutură topit să crească cât mai sus posibil în interfața astfel produsă.

Acostare

Umectarea unui lichid (metal de umplutură topit) pe un solid (părți care trebuie unite) este gradul de răspândire a lichidului pe acest solid. Efectele produse sunt opuse celor observate atunci când observăm o picătură de apă pe o frunză de varză sau picături de apă depuse de rouă (fig. 2).

Vorbim de „umezire totală” atunci când lichidul se răspândește complet și de „umezire parțială” atunci când lichidul formează o picătură pe solid.

Legea lui Young-Dupré dă expresia unghiului de contact static al unei picături de lichid depus pe un substrat solid (meniscului) în echilibru cu o fază de vapori (Fig.3):

cos⁡θ=γSV-γSLγLV{\ displaystyle \ cos \ theta = {\ frac {\ gamma _ {SV} - \ gamma _ {SL}} {\ gamma _ {LV}}}}

sau:

γSV{\ displaystyle \ gamma _ {SV} \;}, și denotă respectiv tensiunea superficială a interfețelor solid / vapor, solid / lichid și lichid / vapor. γSL{\ displaystyle \ gamma _ {SL} \;}γLV{\ displaystyle \ gamma _ {LV} \;}

În procesele de lipire cu metale de umplere (lipire moale sau tare), udarea are loc, înainte de difuzie, în două etape:

• mai întâi prin implementarea conexiunilor slabe, de tipul forței van der Waals  ; atunci este adsorbție fizică sau fizizorbție
• prin implementarea unor energii de legătură semnificative. Aceasta se numește adsorbție chimică sau chemisorbție. Adsorbția chimică este însoțită de o modificare profundă a distribuției sarcinilor electronice ale atomilor adsorbiți, forțele implicate sunt de același tip cu cele care acționează în timpul formării de legături metalice și / sau legături chimice .

Umectabilitatea este îmbunătățită prin utilizarea fluxurilor de decapare adecvate pentru metalele de bază. Odată ce operația de lipire a fost efectuată, toate urmele de flux trebuie îndepărtate pentru a evita problemele de coroziune ulterioare.

Difuzie

Difuzia desemnează tendința naturală a unui sistem de a face concentrațiile speciilor metalice sau chimice din interiorul acestuia omogene. Este un fenomen de transport ireversibil care are ca rezultat migrarea speciilor metalice sau chimice într-un mediu. Sub efectul agitației termice, se observă o deplasare a constituenților din zonele cu concentrație mare la cele cu concentrație scăzută. Din punct de vedere fenomenologic și în prima ordine, acest fenomen este guvernat de o lege a lui Fick .

Mișcarea atomilor, a ionilor sau a moleculelor într-un mediu, indiferent dacă este solid (cristalin sau amorf), lichid sau gazos, se numește, în general, „migrație”. Difuzia este migrarea sub efectul agitației termice, cu excepția altor fenomene. Este utilizat, de exemplu, în procese de îmbunătățire a caracteristicilor mecanice ( tratamente de suprafață, cum ar fi nitrurarea sau cimentarea ).

Când un atom se mișcă printre atomi de aceeași natură, se numește auto-difuzie. De exemplu, vorbim despre autodifuziunea fierului pentru a desemna migrarea unui atom de fier într-un cristal de fier.

Când avem două medii omogene diferite, aduse în contact, vorbim de interdifuzie. Așa se întâmplă, în brazare, prin zona de legătură dintre metalul de umplere și metalul de bază: se formează un aliaj al acestor două metale.

Difuzia poate fi la originea formării compușilor intermetalici care pot duce la ruina ansamblului. Acesta este cazul la lipirea unui oțel inoxidabil cu o contribuție de alamă (decoezie intergranulară), a unui titan cu o contribuție de argint sau a unui aliaj de nichel cu o contribuție încărcată cu fosfor sau sulf (formarea compușilor fragili).

Presiunea de vapori

Extindere, degajare de lipire

Deoarece lipirea funcționează bine la forfecare, este recomandabil să utilizați ansambluri imbricate, jocul de asamblare este important. Un set optim va fi situat între 0,05  mm și 0,13  mm . Acesta constituie un spațiu adecvat pentru ca metalul de umplutură să se poată răspândi prin capilaritate (joc care nu ia în considerare dilatarea termică).

Când lipiți materiale diferite, este important să plasați materialul cel mai supus expansiunii termice în exterior, odată ce ansamblul este la temperatura camerei, brațul va funcționa în compresie. În schimb, dacă materialul cel mai extensibil este în interior, lipirea va funcționa în tensiune, ceea ce va slăbi rezistența mecanică a ansamblului.

Metalurgia de brazare

Spre deosebire de sudare, fie prin lipire moale, lipire dură sau lipire, metalele de bază nu ating temperatura lor de topire. Aspectul metalurgic (vezi Teoria sudării ) trebuie deci luat în considerare din punctul de vedere al efectelor difuziei și, atunci când se utilizează un metal de umplere, proprietățile metalului lichid și solidificarea acestuia în interacțiunea cu suprafețele metalelor de bază ca precum și condițiile de mediu și fizice ale realizării îmbinării brazate.

Flux de brazare

Deoarece operația de lipire trebuie efectuată într-o atmosferă inertă sau reducătoare (de exemplu într-un cuptor), este necesar un flux de lipire pentru a preveni formarea de oxizi pe întreaga zonă a metalului încălzit. Scopul fluxului este, de asemenea, de a curăța orice contaminare prezentă pe suprafețele care trebuie lipite. Fluxul poate fi aplicat sub diferite forme, de exemplu sub formă de pastă, sub formă de lichid, sub formă de pulbere sau chiar ca amestec de pulbere de flux și pulbere metalică de umplutură sau injectat în gazul combustibil în cazul lipirii cu o torță (sistem de gaz -flux). Fluxul poate fi, de asemenea, integrat în suprafața tijei metalice de umplere (tijă spirală) sau miez.

În toate cazurile, fluxul curge în baia topită în timpul operației de lipire și își joacă rolul umezind suprafețele de asamblat și împrejurimile acestora. Urmele de exces de flux trebuie îndepărtate după terminarea lipirii, deoarece excesul de flux poate duce la coroziune, împiedică inspecția și / sau operațiuni de finisare a suprafeței.

Fluxurile de brazare nu au proprietăți versatile și ar trebui, în general, alese pe baza performanței lor pe metalele de bază, în special. Pentru a fi eficient, fluxul trebuie să fie compatibil chimic cu metalul de bază și metalul de umplutură utilizat.

Avantajele față de sudură

Așa cum s-a menționat mai sus, temperaturile de topire a metalelor de bază nu sunt ( nu trebuie atinse). Acestea vor fi mai puțin afectate de căldură, degradarea proprietăților lor mecanice va fi atenuată, precum și oxidarea lor. Tensiunile și tensiunile reziduale vor fi mai mici, iar procesele de lipire se pretează bine producției automate de mare viteză.

Lipirea componentelor electronice

În electronică, metalul de umplutură era de obicei 60% staniu și 40% plumb în masă pentru a produce un amestec aproape eutectic (punctul de topire al amestecului mai mic decât oricare dintre punctele de topire ale elementelor. Amestecului luat separat).

Raportul eutectic de 63/37 ( % m ) corespunde îndeaproape unui amestec intermetalic SnPb . Acesta oferă un eutectic la aproximativ 179  ° C până la 183  ° C .

Reglementările ( ROHS ) impun eliminarea plumbului și găsirea altor aliaje, prin urmare cele mai comune aliaje sunt compuse din staniu (Sn), cupru (Cu) și argint (Ag), dar sunt scumpe. Există scutiri pentru continuarea utilizării aliajului de plumb.

Evoluţie

În conformitate cu directivele Uniunii Europene DEEE ( Deșeuri de echipamente electrice și electronice ) și RoHS ( Reducerea substanțelor periculoase ), plumbul trebuie eliminat din sistemele electronice din1 st luna iulie anul 2006, ducând la un mare interes industrial în lipiturile fără plumb. Acestea conțin staniu, cupru , argint și alte metale în cantități diferite.

Consultați articolul Componente montate la suprafață pentru mai multe detalii despre implicațiile acestor schimbări în industria electronică.

Brazarea utilizată în instalațiile sanitare

În instalațiile sanitare , a fost utilizată o proporție mai mare de plumb, care avea avantajul de a face ca dispozitivul de lipit să fie mai lent și, prin urmare, îi permitea să alunece peste îmbinare pentru a asigura o etanșare . Odată cu înlocuirea conductelor de plumb cu cupru, plumbul din lipituri a fost înlocuit cu cupru, iar proporția de staniu a crescut.

Metalul de umplutură utilizat pentru lipire este în general un aliaj de cupru / fosfor cupru / zinc sau cupru / argint. Punctul de topire al acestor aliaje este în general între 600  ° C și 880  ° C . Aliajele cu un conținut ridicat de argint (minimum 6%) sunt recomandate pentru efectuarea brazării cu rezistență mecanică ridicată și sunt singurele autorizate pentru racordarea conductelor de gaz din oraș în cupru și alamă. Alamă este utilizat pentru lipire de oțel .

Lipirea este de obicei amestecată sau utilizată cu flux , care este un agent de reducere conceput pentru a ajuta la eliminarea impurităților (în special a metalelor oxidate ). În scopuri practice, metalul de umplutură este adesea comercializat sub formă de tije sau ca tuburi care conțin flux. Majoritatea lipirilor moi sunt suficient de flexibile pentru a fi rulate și depozitate într-o rolă.

Brazarea în fabricarea instrumentelor

În construcția de organe, acest proces este utilizat pentru realizarea conductelor. Tehnica care trebuie dobândită nu este evidentă și este sancționată de un CAP specific. Țevile sunt fabricate dintr-un aliaj bogat în staniu (> 63,3%) sau sărac (<63,3%). În mod ideal, acest aliaj nu este prea aproape de aliajul utilizat pentru lipire. Firele de lipit sunt de 63,3% staniu, deoarece la acest procent temperatura de topire este cea mai scăzută.

În cazul instrumentelor de suflat metalice (familia de alamă, saxofoane, flauturi) sau din metal (clarinet, tunere pentru oboi), piesele sunt asamblate prin lipire. Unele componente ale pieselor care nu sunt destinate demontării (diferite componente cheie ale saxofonului, racordul tubului și blocul pistonului pe alamă), asamblarea lor se realizează prin lipire puternică cu un conținut ridicat de argint (40% în general). Celelalte ansambluri sunt realizate prin lipirea staniu / plumb (sau a omologului lor fără plumb) pentru a permite demontarea mai ușoară în contextul reparării instrumentului (îndepărtarea unui suport sau a unei chei pentru îndepărtarea dintelui). ).

Brazare metal-ceramică și ceramică-ceramică

Există două metode de lipit o ceramică. Metoda tradițională constă în „metalizarea” ceramicii înainte de a putea efectua lipirea cu un aliaj obișnuit. Cu toate acestea, această metodă este costisitoare în timp și bani. A doua metodă constă în integrarea unui element activ în lipit care va reacționa cu ceramica pentru a face o legătură permanentă. Aceste elemente active pot fi vanadiu , niobiu sau zirconiu, dar cel mai frecvent este titanul .

Schimbătoare de căldură auto

În industria auto, schimbătoarele de căldură ( condensator pentru aer condiționat, radiator pentru răcirea motorului, răcitoare de aer de încărcare (RAS sau „  intercooler  ”) pentru vehiculele echipate cu un compresor sau un „  turbocompresor  ”), sunt în general fabricate din aluminiu (clasele 3xxx) . Metalul de umplutură este apoi un aluminiu aliat, îmbogățit în siliciu între 4 și 8% (de exemplu, clasele 4343 sau 4045), care scade punctul său de topire . Este adesea asigurat prin laminarea materialului de umplutură pe metalul de bază, aceasta se numește placare.

Alumină , a cărui temperatură de topire este mult mai mare decât cea a aluminiului, trebuie îndepărtate prin căi mecanice (zgâriere) sau chimice (flux activ). De fapt, deoarece alumina nu este umectabilă, aceasta împiedică efectele capilarității și difuziei să aibă loc și, în consecință, se opune efectului de lipire.

Numărul (câteva zeci de mii pe schimbător), dimensiunea acestor îmbinări (adesea mai mică de 1  mm lățime) și lungimea lor cumulată (câteva sute de metri) fac ca lipirea să fie adesea singura opțiune posibilă pentru acest tip de cameră.

Note și referințe

1. Definiții lexicografice și etimologice ale „lipirii” din trezoreria computerizată a limbii franceze , pe site-ul web al Centrului Național pentru Resurse Textuale și Lexicale
2. Agnès Benoit, „  Pendeloque en forme de chien  ” , pe www.louvre.fr (accesat la 16 noiembrie 2018 )
3. Alain-René Duval, Christiane Eluère, Loïc Hurtel și Françoise Tallon, „  La Pendeloque au chien de Suse. Studiul de laborator al unei lipiri antice  ”, Revue du Louvre , nr .  3,1987, p.  176-179

Vezi și tu

Articole similare

• Cremă de lipit

Bibliografie

• Manual de sudare - Fundamentele sudării. Charlotte Weisman, editor. AWS 2501 Northwest 7th Street. Miami, Florida 33125.
• Manual de lipit moale - AWS. Distribuit de Publications de la Soudure Autogene - 90 Rue des Vanesses 93420 Villepinte.
• Manual de brazare puternică -. Distribuit de publicațiile de sudare autogenă - 90 Rue des Vanesses 93420 Villepinte

linkuri externe

• [video] Mai multe tipuri de lipire moale realizate cu o lanternă
• [video] Repararea corpului de lipire a staniu și plumb
• [video] Comparație între o lipire moale și o lipire puternică în instalații sanitare

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">